Сегодня нашей компанией уже поставлены и работают в Приморье десятки установок для приготовления водномазутных эмульсий (УПВМЭ). Установки типа УПВМЭ – это аппараты нового поколения, последнее слово в области энергосберегающих технологий. В ряде случаев их использование – это способ решения экологических и социальных проблем.
Применение топливно-водных эмульсий на предприятиях ТЭК и судах
снижает расход мазута на 12-25%, чем при сжигании чистого мазута.
Теория и практика горения водно-топливных эмульсий
Многие ученые да и просто любопытные люди давно заметили, что соединение, казалось бы, противоположных жидкостей – воды и топлива – улучшает процесс горения. Почему это происходит? К сожалению, этот процесс в полной мере не исследован. Есть работы профессоров Исаева, Синайского и закрытые диссертации специалистов Ленинградского Института горючих ископаемых, МФТИ, МВТУ, Уфимского нефтяного института, а также интересные исследования специалистов ОВИМУ.
Основными факторами, определяющими ценность любого топлива, в том числе и ВМЭ, является теплотворная способность, т.е. количество тепла, выделяемого при полном сгорании массы топлива, а также физические свойства рабочего тела, содержание вредных примесей в продуктах сгорания. Теплотворная способность эмульсии не может быть измерена на испытательной бомбе, т.к. метод подразумевает взрыв небольшого количества топлива, а молекулы и капли, равномерно распределенные в топливе, во время взрыва выпадают в виде росы и не принимают участие в процессе окисления топлива. Но если эта же эмульсия горит в топке котла или камере сгорания ДВС, то заряженные молекулы и капли воды принимают непосредственное участие в окислительном процессе. Интересен тот факт, что при испытании теплотворной способности ВМЭ в испытательной бомбе, она снижается ровно настолько, сколько процентов воды находится в топливе!
В то же время качество горения, а именно температура факела, увеличивается практически в той же пропорции. Но после добавления 22% и выше воды этот показатель резко снижается. Эти данные получены нами в процессе практических испытаний и настройки наших установок непосредственно на предприятиях ТЭК и судах.
Заслуживает внимания тот факт, что после обработки мазута на наших установках его вязкость уменьшалась в несколько раз, теплотворность увеличивалась, а температура вспышки снижалась в среднем на 20-30 градусов. А самое интересное, что отобранная проба необработанного мазута при комнатной температуре застывала в бутылке, а обработанный спокойно вытекал из нее. Очевидно, при приготовлении водно-топливных эмульсий в ультразвуковых аппаратах происходит разрушение высокочастотными колебаниями длинных углеводородных молекул, а образовавшиеся легкие активные радикалы интенсивно перемешиваются вихревым потоком в объеме обрабатываемой среды, вступают в реакцию с молекулами остатков углеводородных фракций, что в конечном итоге изменяет геометрию молекул. При непосредственном вспрыске эмульгированного топлива в топку или камеру сгорания, топливная струя, встречая сопротивление воздушного заряда, разрушается на границе раздела фаз топлива и воды, где поверхностное натяжение имеет наименьшее значение, дробится на высокодисперстные капли, т.о., удельная поверхность горения увеличится в десятки раз. В камере сгорания после прогрева мгновенного разрушения глобул, осколки тяжелых фракций (асфальтогены), перемещаясь с высокой скоростью, интенсивно взаимодействуют с кислородом воздушного заряда и сгорают практически полностью, т.е. без образования нагара. Находящаяся в составе эмульгированного топлива водная фаза частично диссоциирует в ходе окисления топлива, затем, по мере повышения температуры, реакция диссоциации воды резко ускоряется. Образовавшиеся при диссоциации избытки атомов водорода вступают в реакцию с атомами кислорода и, как результат, резко ускоряется процесс горения. К примеру, температура факела необработанного мазута самой худшей марки ТКМ или ИФУ 380 составляет 1350 градусов, а при горении ВМЭ этого же мазута 1890 градусов.
П о ч у в с т в у й т е р а з н и ц у !
В нашей практике были случаи, когда при установке оборудования на современных котельных при давлении подачи ВМЭ на форсунки порядка 70 кг/см2 температура факела достигала 3000 градусов! Невероятно, но факт! Таким образом, обычный обработанный мазут горел как ракетное топливо!
Проведенные эксперименты показали следующее.
- Измерения расходов мазута и водно-мазутной эмульсии при одной и той же теплопроизводительности котла показали, что с водно-мазутной эмульсией мазута расходуется на 12-25% меньше, чем при сжигании чистого мазута.
- Коэффициент избытка воздуха за котлом при максимальной производительности котла составил для мазута 1,51 и для водно-мазутной эмульсии 1,33.
- Оптимальная температура эмульсии перед впрыском составляет 90-100° С.
- Визуально выброс сажи через трубку котла не наблюдался, при этом содержание СО снизилось в 23,4 раза, диоксида серы в 2,8 раза, а окислов азота Nox – в 4,3 раза. Замеры проводились специализированной лабораторией аналитического контроля по Уральскому региону Челябинского филиала Федерального Государственного учреждения.
- На внутренних поверхностях котла и амбразуры шлакования не установлено, отсутствовали отложения и на трубах.
Результаты экспериментов однозначно подтверждают существенное увеличение площади испарения капель топлива в топке котла за счет распыления водно-мазутной эмульсии, приготовленной установкой ИСУ-7. Подтверждением этого являются, прежде всего, возрастание полноты сгорания топлива, увеличение эффективности перемешивания паров топлива с воздухом (о чем свидетельствует уменьшение коэффициента «а» до величины, равной 1,33).
Таким образом, применение топливно-водных эмульсий меняет традиционное представление о процессах, происходящих в топке или в камере сгорания двигателя, позволяет иначе оценить роль воды, ее влияние на процессы горения. Многим еще предстоит понять, что в составе эмульсии вода, равномерно распределенная по всему объему, оказывает совершенно другое воздействие, нежели просто вода как однородное вещество в своем нормальном физическом состоянии.
Мутаев Александр Александрович
Для получения контактных данных
(email, телефон и адрес),
зарегистрируйтесь